CT仿真試驗(yàn)報(bào)告

1、西安交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)課程醫(yī)學(xué)成像實(shí)驗(yàn)系別生物醫(yī)學(xué)工程XXH專業(yè)班級(jí)醫(yī)電01班組別02日姓名學(xué)號(hào)_報(bào)告退發(fā)同組者共7頁(yè)實(shí)驗(yàn)日期2012年12月交報(bào)告日期2013年01月（訂正、重做）教師審批簽字實(shí)驗(yàn)名稱CT重建原理一一投影數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)1一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊约耙髮?shí)驗(yàn)?zāi)康模豪肅TSim模擬軟件生成投影數(shù)據(jù)，為濾波反投影重建實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)基本要求：用CTSim程序完成實(shí)驗(yàn)?zāi)M，分析評(píng)價(jià)結(jié)果。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、利用CTSim模擬軟件生成橢圓的平行束投影數(shù)據(jù)；2、利用CTSimt莫擬軟彳生成Shepp-Logan圖的平行束投影數(shù)據(jù)；3、對(duì)生成的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。三、實(shí)驗(yàn)步驟A、完成CTSim模擬軟件

2、生成橢圓的平行束投影數(shù)據(jù)；1、點(diǎn)擊軟件ctsim,打開軟件界面，點(diǎn)擊File,選擇creatphantom,選擇HermanHead得到橢圓的灰度圖像，如圖:圖1軟件界面圖2選擇界面圖3橢圓的原始數(shù)據(jù)2、在選擇橢圓窗口的情況下，點(diǎn)擊Process,選擇rasterize點(diǎn)擊OK將圖像進(jìn)行光柵化，如圖：Parameters圖4光柵化參數(shù)圖5光柵化后的圖像3、在選擇unnamed3®口，選擇View,選擇AutoScaleParameters,將StandardDeviationFactor參數(shù)改為，點(diǎn)擊OK得到處理后圖像，如圖:圖6光柵化參數(shù)圖7參數(shù)優(yōu)化后圖像4、回至Uherman窗口

3、，點(diǎn)擊Process,選擇ProjectionParamaters,參數(shù)默認(rèn)即可，點(diǎn)擊ok,開始采集數(shù)據(jù)，如圖:圖8參數(shù)選擇界面5、得到投影參數(shù)后，在選擇unnamed49口界面下，選擇Analyze,在選擇PlotHistogram,得到平行束投影分析數(shù)據(jù)，如圖:unnaHfiHistogram35OOO.O3MOO.O：1-15WQQ-20Ko0；115KQ.0:10000.0-物廣,，0。,_010.510132.015Detectoralue圖9平行束投影后的數(shù)據(jù)圖10投影數(shù)據(jù)分析圖6、在選擇平行束投影后數(shù)據(jù)窗口情況下，選擇Reconstruct,選擇FilteredBackproje

4、ctionParameters,選擇默認(rèn)參數(shù)即可，點(diǎn)擊OK得到重建數(shù)據(jù)，如圖：圖11參數(shù)選擇界面圖12重建后的圖像7、可選擇不同的View參數(shù)對(duì)重建后的圖像進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，得到最優(yōu)的觀察效果。B、完成CTSim模擬軟彳生成Shepp-Logan圖的平行束投影數(shù)據(jù)；1、由于生成Shepp-Logan圖的平行束投影數(shù)據(jù)和前面A中的步驟基本類似，只是選擇的模擬圖像不同而已，故在此不再一一列出步驟。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析A橢圓平行束投影圖13橢圓平行束投影及其重建圖像urrriS1C.llE圖13采用Projection方式T-ThetaSampling時(shí)的數(shù)據(jù)采集過程IJ3U-L»4060

5、8j)OOE.D14iI圖14時(shí)域的采樣參數(shù)unrHecJlO4-orco4。口。0rocoo30000.020'0020000.0150000lOOCOO5QOO.O00HistogramDetectorVrahie圖15橢圓投影數(shù)據(jù)的分析直方圖B、Shepp-Logan圖的平行束投影圖16Shepp-Logan圖平行束投影及其重建圖像圖17數(shù)據(jù)采集過程T-ThetaSampling圖18時(shí)域的采樣參數(shù)unHamodS45000.0Histogram400000ILmco2。000025000020000012000.010000050000DOO005010015020D25D30

6、035040045。0，。不DetectorValue圖19Shepp-Logan圖投影數(shù)據(jù)的分析直方圖結(jié)果分析:由圖15和圖19的投影數(shù)據(jù)的分析可知，它們的統(tǒng)計(jì)直方分布圖還是有明顯區(qū)別的，這是因?yàn)镾hepp-Logan的圖像更復(fù)雜，厚度更大，因此，X射線通過后的衰減程度也是不一樣的。在橢圓的統(tǒng)計(jì)直方圖數(shù)據(jù)中，只有在處，有一個(gè)峰值，而在Shepp-Logan中,在到之間有兩個(gè)峰值。同時(shí)，從重建中的圖像中可以看出，與原來的圖像相比較，還是存在一定的噪聲干擾的，在后期的數(shù)據(jù)處理中應(yīng)該加入一定濾波技術(shù)，使圖像更加清楚地展示西安交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告績(jī)共17頁(yè)課程醫(yī)學(xué)成像實(shí)驗(yàn)系別生物醫(yī)學(xué)工程實(shí)驗(yàn)日期2012

7、年12月XXH專業(yè)班級(jí)醫(yī)電01班組別交報(bào)告日期2013年01月02日姓名譚禮茂學(xué)號(hào)_報(bào)告退發(fā)（訂正、重做）同組者教師審批簽字實(shí)驗(yàn)名稱CT重建原理一一投影數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)2一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?duì)仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際圖像數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)濾波反投影重建，加深對(duì)CT成像過程及原理的理解。二、實(shí)驗(yàn)要求用CTSim程序完成濾波反投影重建實(shí)驗(yàn)，分析評(píng)價(jià)結(jié)果。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、對(duì)人腦體模仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際的CT圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波反投影重建實(shí)驗(yàn)，比較直接反投影與RL和SL濾波方法的重建結(jié)果；2、分析不同視角條件下各種重建的結(jié)果；3、分析噪聲對(duì)各種濾波反投影重建方法的影響，比較各種濾波反投影重建方法的抗噪能力；4、計(jì)算重建誤差。四、實(shí)驗(yàn)步驟在第一

8、次實(shí)驗(yàn)時(shí)，已經(jīng)獲得了圖像的投影方式，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中詳細(xì)列出了操作的步驟，故在此不再重復(fù)。1、在仿真軟件中，有很多可以選擇的選項(xiàng)，比如在掃描數(shù)據(jù)時(shí)，選擇Process,選擇ProjectionParameters,在這個(gè)對(duì)話框里面，Geometry選項(xiàng)是用來選擇投影的方式的，一共有三種選擇的方式，如圖:圖1投影方式的選擇2、同樣在圖像重建時(shí)，可以選擇不同的濾波方式，重建的圖像進(jìn)行濾波，選擇Reconstruct,選擇FiltedBackprojection,在對(duì)話框中有Filter選項(xiàng)，其中包含四種濾波方式可供選擇，如圖所示：圖2濾波方式的選擇3、重建誤差的計(jì)量可以使用軟件自帶的相減，在Imag

9、e選項(xiàng)下面，點(diǎn)擊subtract,可以獲得重建后的圖像與原始圖像之間的差值，如圖：10圖3圖像之間的相減五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果A、橢圓數(shù)據(jù)1、首先，利用模擬軟件進(jìn)行橢圓的不同投影方式下的數(shù)據(jù)采集:htrmin|aEHJEIJrinIKnmfHd事XI串朝HIMIHu.口yMf-Frajcc4om«.ilop*6喻冷口-口H二訪LmView二:mioff*ri=0.iwSb黨制二巴R*Kiriilc=0.5,FoceiLeCtrterDtted*Ler»|tiHisli*-Z.VirwFKI*-1.liCvnfiMit'-l.GtivnnGiliy-pnrnlhliiIvlil

10、ki-iinAaid'fPi1口用rtwiflf*cirn.nn口。上施？.曬曠Qinwiryotftrti.fitiftnfi*-1,Focsll器Crnterfirircurll"?PViRwftsi*»=1名04nHMI二1LGc*mcky=cwlMifi>ldfP:GOi機(jī)占出rdo>Help圖4采用軟件自帶的三種投影方式：平行束投影、等角投影和等線投影，得到的K空間的圖像2、三種不同的投影方式在同一種濾波方式：Bandlimit濾波,下得到的重建圖像以及重建誤差，如圖：11圖5投影數(shù)據(jù)（第一行）、重建圖像（第二行）、重建誤差（第三行）3、三種不

11、同的投影方式在同一種濾波方式：hamming濾波,下得到的重建圖像以及重建誤差，如圖：圖6投影數(shù)據(jù)（第一行）、重建圖像（第二行）、重建誤差（第三行）124、三種不同的投影方式在同一種濾波方式：hanning濾波,下得到的重建圖像以及重建誤差，如圖：圖7重建圖像（第一行）、重建誤差（第二行）5、三種不同的投影方式在同一種濾波方式：Cosine濾波，下得到的重建圖像以及重建誤差，如圖：圖8重建圖像（第一行）、重建誤差（第二行）13B、Shepp-Logan圖1、首先，利用模擬軟件進(jìn)行的不同投影方式下的數(shù)據(jù)采集:圖9圖4采用軟件自帶的三種投影方式：平行束投影、等角投影和等線投影，得到的K空間的圖像2

12、、三種不同的投影方式在同一種濾波方式：Bandlimit濾波,下得到的重建圖像以及重建誤差，如圖:圖10重建圖像（第一行）、重建誤差（第二行）143、三種不同的投影方式在同一種濾波方式：hamming濾波,下得到的重建圖像以及重建誤差，如圖:'-一曲fctfiMeJMfcQwfBOS#附y(tǒng)圖11重建圖像（第一行）、重建誤差（第二行）4、三種不同的投影方式在同一種濾波方式：hanning濾波,下得到的重建圖像以及重建誤差，如圖:圖12重建圖像（第一行）、重建誤差（第二行）155、三種不同的投影方式在同一種濾波方式：Cosine濾波，下得到的重建圖像以及重建誤差，如圖：圖13重建圖像（第一

13、行）、重建誤差（第二行）C、在MATLAB臺(tái)下，調(diào)用phantom函數(shù)，獲得標(biāo)準(zhǔn)圖像，然后進(jìn)行投影，并在無(wú)濾波、Ram-La礁波重建、Shepp-Logant波重建，（代碼見附錄程序1）得到的結(jié)果如下圖所示：原始圖像50100150200250無(wú)濾波重建Ram-Lak濾波重建50100150200250Shepp-Logan濾波重建5010015020025050100150200250圖14原始圖像以及三種濾波情況下的重建圖像16D利用MATLAB臺(tái)，選用實(shí)際中CT®部圖像，然后進(jìn)行投影，并在無(wú)濾波、Ram-Lakt波重建、Shepp-Loga礴波重建，（代碼見附錄程序2）得到的結(jié)

14、果如下圖所示：原始圖像無(wú)濾波重建100200300400500100200300400500100200300400500100200300400500Ram-Lak濾波重建Shepp-Logan濾波重建100200300400500100200300400500圖15原始圖像以及三種濾波情況下的重建圖像E、分析不同的視角條件下，投影并進(jìn)行重建的圖像情況，本次采用兩種情況下的視角a、從0度到180度，間隔為10度，共18個(gè)視角；b、從0度到180度，間隔為2度，共90個(gè)視角。同樣分別采用三種濾波方式進(jìn)行重建（代碼見附錄程序3）結(jié)果如下圖所示：17原始圖像無(wú)濾波重建Ram-Lak濾波重建Shep

15、p-Logan濾波重建圖16a情況下的重建圖像無(wú)濾波重建5010015020025050100150200250Ram-Lak濾波重建Shepp-Logan濾波重建501001502002505010015020025050100150200250圖17b情況下的重建圖像18F、噪聲測(cè)試，在實(shí)際測(cè)試中添加高斯白噪聲（均值為0,方差為），然后進(jìn)行投影之后，濾波重建，這三種情況下的濾波效果均不理想（代碼見附錄程序4）,然后，再選擇添加Poisson噪聲，然后投影并在三種濾波情況下進(jìn)行重建圖像，并采用模擬圖像和實(shí)際的CT圖像分別進(jìn)行測(cè)試（代碼見附錄程序5）,結(jié)果如下圖所示：original無(wú)濾波重建

16、50100150200250Ram-Lak濾波重建501001502002505010015020025050100150200250Shepp-Logan濾波重建圖18模擬圖像的高斯白噪聲測(cè)試original100200300400500100200300400500無(wú)濾波重建100200300400500100200300400500Ram-Lak濾波重建100200300400500100200300400500Shepp-Logan濾波重建圖19實(shí)際CT圖像的高斯白噪聲測(cè)試19original無(wú)濾波重建5010015020025050100150200250Shepp-Logan濾波重

17、建501001502002505010015020025050100150200250Ram-Lak濾波重建50100150200250圖20模擬圖像的Poisson噪聲測(cè)試original100200300400500100200300400500無(wú)濾波重建Ram-Lak濾波重建100200300400500100200300400500Shepp-Logan濾波重建100200300400500100200300400500圖21實(shí)際CT圖像的Poisson噪聲測(cè)試六、結(jié)果分析1、在沒有噪聲干擾或者噪聲干擾很小的情況下，三種情況：無(wú)濾波、Ram-Lak濾波重建、Shepp-Logan濾波下

18、的重建,無(wú)濾波重建得到的圖像顯示細(xì)節(jié)并沒有另外兩種優(yōu)，后兩種濾波重建得到的圖像并沒有很大的差異，如圖14和圖15所示。202、不同的視角條件下，投影后重建的圖像是有明顯差異的，視角的間隔越小，最后重建得到的圖像越優(yōu)，如圖16和圖17所示。3、在有噪聲的干擾的情況下，首先測(cè)試高斯白噪聲，結(jié)果表明，三種濾波方式均未能從噪聲中很好地提取圖像信息，如圖18和圖19所示，而在測(cè)試Poisson噪聲情況下，無(wú)濾波重建顯然不及后兩種濾波投影優(yōu)，而R-L和S-L均能達(dá)到理想的重建效果，但是相對(duì)來說，S-L的重建效果更有些，如圖20和圖21所示。21附錄：程序1image=phantom('Modifi

19、edShepp-Logan',256);subplot(2,2,1);imshow(image);title('原始圖像')；R,xp=radon(image,0:179);theta=0:180;I1=iradon(R,0:179,'linear','none');subplot(2,2,2);imagesc(I1);colormap(gray)title('無(wú)濾波重建');I2=iradon(R,0:179,'linear','Ram-Lak');subplot(2,2,3);image

20、sc(I2);colormap(gray)title('Ram-Lak濾波重建');I3=iradon(R,0:179,'linear','Shepp-Logan');subplot(2,2,4);imagesc(I3);colormap(gray)title('Shepp-Logan濾波重建');程序2image=imread('');subplot(2,2,1);imshow(image);title('原始圖像')；R,xp=radon(image,0:179);theta=0:180;I1=

21、iradon(R,0:179,'linear','none');subplot(2,2,2);imagesc(I1);colormap(gray)title('無(wú)濾波重建');I2=iradon(R,0:179,'linear','Ram-Lak');subplot(2,2,3);imagesc(I2);colormap(gray)title('Ram-Lak濾波重建');I3=iradon(R,0:179,'linear','Shepp-Logan');22subp

22、lot(2,2,4);imagesc(I3);colormap(gray)title('Shepp-Logan濾波重建');程序3figure(1)a=0:10:180;image=phantom('ModifiedShepp-Logan',256);subplot(2,2,1);imshow(image);title('原始圖像')；R,xp=radon(image,a);theta=0:18;I1=iradon(R,a,'linear','none');subplot(2,2,2);imagesc(I1);co

23、lormap(gray)title('無(wú)濾波重建');I2=iradon(R,a,'linear','Ram-Lak');subplot(2,2,3);imagesc(I2);colormap(gray)title('Ram-Lak濾波重建');I3=iradon(R,a,'linear','Shepp-Logan');subplot(2,2,4);imagesc(I3);colormap(gray)title('Shepp-Logan濾波重建');figure(2)b=0:2:18

24、0;image=phantom('ModifiedShepp-Logan',256);subplot(2,2,1);imshow(image);title('原始圖像')；R,xp=radon(image,b);theta=0:36;I1=iradon(R,b,'linear','none');subplot(2,2,2);imagesc(I1);colormap(gray)title('無(wú)濾波重建');I2=iradon(R,b,'linear','Ram-Lak');23subp

25、lot(2,2,3);imagesc(I2);colormap(gray)title('Ram-Lak濾波重建');I3=iradon(R,b,'linear','Shepp-Logan');subplot(2,2,4);imagesc(I3);colormap(gray)title('Shepp-Logan濾波重建');程序4figure(1);image1=phantom('ModifiedShepp-Logan',256);subplot(2,2,1);imshow(image1);title('or

26、iginal');R,xp=radon(image1,0:179);R=1e12*imnoise(1e-13*R,'gaussian',0,;theta=0:180;I1=iradon(R,0:179,'linear','none');subplot(2,2,2);imagesc(I1);colormap(gray)title('無(wú)濾波重建');I2=iradon(R,0:179,'linear','Ram-Lak');subplot(2,2,3);imagesc(I2);colormap(

27、gray)title('Ram-Lak濾波重建');I3=iradon(R,0:179,'linear','Shepp-Logan');subplot(2,2,4);imagesc(I3);colormap(gray)title('Shepp-Logan濾波重建');figure(2);image2=imread('');subplot(2,2,1);imshow(image2);title('original');R,xp=radon(image2,0:179);R=1e12*imnoise(1e

28、-13*R,'gaussian',0,;theta=0:180;I1=iradon(R,0:179,'linear','none');24subplot(2,2,2);imagesc(I1);colormap(gray);title('無(wú)濾波重建');I2=iradon(R,0:179,'linear','Ram-Lak');subplot(2,2,3);imagesc(I2);colormap(gray);title('Ram-Lak濾波重建');I3=iradon(R,0:179,'linear','Shepp-Logan');subplot(2,2,4);imagesc(I3);colormap(gray);title('Shepp-Logan濾波重建');程序5figure(1);image1=phantom('ModifiedShepp-Logan',256);subplot(2,2,1);imshow(image1);title('original');R,xp=radon(image1,0:179);R=1e12*imno